Zasada chłodzenia laserowego i jej zastosowanie do zimnych atomów
W fizyce zimnych atomów wiele prac eksperymentalnych wymaga kontrolowania cząstek (uwięzienia atomów jonowych, takich jak zegary atomowe), spowalniania ich i poprawy dokładności pomiaru. Wraz z rozwojem technologii laserowej zaczęto powszechnie stosować chłodzenie laserowe w zimnych atomach.
W skali atomowej istotą temperatury jest prędkość, z jaką poruszają się cząstki. Chłodzenie laserowe polega na wykorzystaniu fotonów i atomów do wymiany pędu, a tym samym do chłodzenia atomów. Na przykład, jeśli atom ma prędkość do przodu, a następnie pochłania lecący foton poruszający się w przeciwnym kierunku, wówczas jego prędkość spadnie. To jest jak piłka tocząca się do przodu po trawie: jeśli nie jest popychana przez inne siły, zatrzyma się z powodu „oporu” wywołanego kontaktem z trawą.
Jest to laserowe chłodzenie atomów, a proces ten jest cyklem. I to właśnie z powodu tego cyklu atomy stale się ochładzają.
W tym przypadku najprostszym chłodzeniem jest wykorzystanie efektu Dopplera.
Jednak nie wszystkie atomy można schłodzić za pomocą laserów i aby to osiągnąć, należy znaleźć „cykliczne przejście” pomiędzy poziomami atomowymi. Tylko poprzez cykliczne przejścia można osiągnąć i kontynuować chłodzenie w sposób ciągły.
Obecnie, ponieważ atom metalu alkalicznego (takiego jak Na) ma tylko jeden elektron w warstwie zewnętrznej, a dwa elektrony w najbardziej zewnętrznej warstwie grupy metali ziem alkalicznych (takiej jak Sr) również można uznać za całość, energia poziomy tych dwóch atomów są bardzo proste i łatwo jest osiągnąć „przejście cykliczne”, więc atomy obecnie chłodzone przez ludzi to głównie proste atomy metali alkalicznych lub atomy ziem alkalicznych.
Zasada chłodzenia laserowego i jej zastosowanie do zimnych atomów
Czas publikacji: 25 czerwca 2023 r